Новый квантовый изолятор проводит ток только в одном направлении

Физики из Пенсильванского университета и Университета Сент-Луиса создали магнитный квантовый материал, который естественным образом демонстрирует эффекты неэрмитовой физики. Ранее эти явления изучали только на искусственных оптических и электронных платформах.

Исследователи использовали квантовый аномальный изолятор Холла (КАИХ) — топологический материал на основе теллурида висмута и сурьмы с магнитным легированием. Он блокирует ток внутри объема, но пропускает электроны по границам строго в одном направлении. После намагничивания материал работает без внешнего магнитного поля. Это упрощает эксперименты и открывает путь к масштабируемым квантовым устройствам.

Команда изготовила микроскопические кольцевые структуры из тонких пленок материала. Ученые разместили вокруг каждого кольца несколько электрических контактов. Измерения показали неэрмитов скин-эффект: квантовые состояния концентрируются у одного края системы, а не распределяются равномерно. Поведение материала совпало с теоретической моделью Хатано — Нельсона.

Физики также продемонстрировали возможность управления свойствами материала с помощью напряжения на затворе. Такая направленная проводимость нарушает симметрию обычных электронных систем. Сигналы распространяются по-разному в зависимости от направления движения. Этот эффект может найти применение в сверхчувствительных датчиках для регистрации слабых электрических и магнитных полей.

Технология производства магнитных топологических изоляторов уже позволяет выпускать материалы в промышленных масштабах. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances. Следующий этап работы — поиск практического применения обнаруженных квантовых эффектов в будущих электронных устройствах.

Источник: Interesting Engineering